BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG…………… Luận văn

Thiết kế xây dựng mô hình đóng
mở cửa kính tự động tại các tòa nhà

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG 3
1.1. MỘT SỐ LOẠI CỬA ĐỐNG MỞ TỰ ĐỘNG HIỆN NAY 3
1.1.1. Cửa cuốn 3
1.1.2. Cửa kéo: 4
1.1.3. Cửa trƣợt 4
1.2. KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG 5
1.3. KHẢO SÁT CỬA TỰ ĐỘNG Ở SIÊU THỊ BIG C HẢI PHÒNG 6
CHƢƠNG 2 . CÁC YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH CHẾ TẠO MÔ HÌNH
CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG 8
2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA MÔ HÌNH 8
2.1.1. Yêu cầu về chƣơng trình chung 8
2.1.2. Yêu cầu về cơ khí. 8
2.2. MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC CHẾ TẠO MÔ HÌNH 9
CHƢƠNG 3 . CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO CỬA ĐÓNG MỞ TỰ
ĐỘNG 10
3.1. VAI TRÒ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 10
3.2. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 10
3.2.1. Phần tĩnh hay stato 10

4.5.2. Bố trí đối diện 39
CHƢƠNG 5. GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 40
5.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 40
5.2. ĐẶC TÍNH CỦA AT89C51 40
5.3. SƠ ĐỒ CHÂN VÀ CHỨC NĂNG CÁC CHÂN CỦA CHÍP AT89C51
42
5.4. CẤU TRÚC CỦA PORT In/Out 46
5.5. TỔ CHỨC BỘ NHỚ 47
CHƢƠNG 6. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ
CHO MÔ HÌNH CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG 50
6.1 PHẦN CƠ 50
6.1.1 Khung mô hình 50
6.1.2Cánh cửa 51
6.2. PHẦN ĐIỆN 53
6.2.1. Động cơ 53
6.2.2. Cảm biến 53
6.2.3. Máy biến áp 54
6.3. MẠCH ĐIỆN 54
6.3.1. Mạch nguồn 54
6.3.2. Mạch động lực 54
6.3.3. Mạch điều khiển 55
6.3.4. Mạch in 55
6.4. CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 56
6.4.1. Phần mềm và ngôn ngữ lập trình 56
KẾT LUẬN 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 1


Chƣơng 1:Giới thiệu chung về cửa đóng mở tự động
Chƣơng 2:Các yêu cầu và mục đích chế tạo mô hình cửa đóng mở tự động
Chƣơng 3:Chọn hệ truyền động cho cửa đóng mở tự động
Chƣơng 4:Giới thiệu chung về cách phát hiện vật thể
Chƣơng5:Giới thiệu về vi điều khiển AT89C51
Chƣơng 6:Thiết kế tính toán lựa chọn các phần tử cho mô hình cửa đóng mở
tự động 3

CHƢƠNG 1.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG
1.1. MỘT SỐ LOẠI CỬA ĐỐNG MỞ TỰ ĐỘNG HIỆN NAY
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trƣợt
Nhƣng chúng thƣờng đƣợc sản xuất ở nƣớc ngoài bán tại việt nam với giá
thành khá cao. Vì thế chúng không đƣợc sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự
động ở Việt Nam là rất lớn về số lƣợng và chủng loại.

Loại cửa này có ƣu điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác
thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhƣng nơi công cộng, cơ
quan Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết đƣợc ngƣời, máy
móc cũng nhƣ loài vật có thể đi qua.
Nhƣợc điểm của loại cửa này là độ chắc chắn không cao , nhẹ nhàng
nhƣng không có nghĩa là gọn gàng mà ngƣợc lại có khi lại rất cồng kềnh
Nhƣng trên thực tế loại cửa này lại đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất
hiện nay.
1.2. KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG
Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa điểm, ta
nhận thấy cửa tự động đƣợc sử dụng chủ yếu ở những nơi giao dịch thƣơng
mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn. Vì những
nơi này có lƣợng ngƣời qua lại lớn, đồng thời những nơi này lại yêu cầu có
tính hiện đại, sang trọng và tiện dụng. Sử dụng cửa tự động tại những nơi này
sẽ đáp ứng đƣợc những yêu cầu trên .
Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích
sử dụng nhƣ trọng lƣợng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa.
6

Theo trọng lƣợng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh ,loại
180kg/2 cánh ….Ngoài ra ngƣời ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh
cửa:Loại một cánh và loại hai cánh.
+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: sử dụng ở những nơi yêu cầu tính hiện đại,
sang trọng nhƣng lại có số lƣợng ngƣời đi qua lại không nhiều .Hay những
loại cổng có kích thƣớc lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay những ngôi
nhà lớn …
+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này đƣợc dùng rộng rãi hơn so với

bằng phƣơng pháp dùng bộ điều khiển lôgô, PLC,Vi điều khiển Do đó hiện
nay tuỳ theo nhu cầu sử dụng và vốn đầu tƣ khác nhau, mà việc ứng dụng loại
cửa nào cho phù hợp.
Ngoài ra qua việc quan sát vừa qua em thấy việc lắp đặt cửa tự động
thƣờng đƣợc sắp xếp ở những nơi mà tầm nhìn có độ rộng lớn,không gian
rộng và thƣờng có các loại cửa khác đi kèm nhƣ cửa đẩy hay cửa cuốn để tạo
thêm mỹ quan.
8

CHƢƠNG 2 .
CÁC YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH CHẾ TẠO MÔ HÌNH CỬA
ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG
2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA MÔ HÌNH
- Kích thƣớc gọn gàng
- Hệ thống cơ hoạt động tốt
- Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế
- Hệ thống cửa đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra.
2.1.1. Yêu cầu về chƣơng trình chung
- Cửa phải tự động mở khi có ngƣời ra vào, và phải tự động đóng khi
không có ngƣời đi lại
- Cửa thiết kế để có thể đóng mở một cách thông minh
- Khi cửa đang đóng lại , nếu lại có tín hiệu ngƣời thì cửa lại lập tức mở
ra .
- Dùng kỹ thuật vi điều khiển để viết chƣơng trình hoạt động cho cửa
2.1.2. Yêu cầu về cơ khí.
Yêu cầu của mô hình là phải giống với cửa thật cả về hình thức và chất
lƣợng hoạt động , phải chắc chắn và gọn gàng . Do đó, việc thiết kế kết cấu

10

CHƢƠNG 3 .
CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG
3.1. VAI TRÕ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn đƣợc coi là một
loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử
dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng.
- Do động cơ điện một chiều có nhiều ƣu điểm nhƣ khả năng điều chỉnh
tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải. Chính vì
vậy mà động cơ một chiều đƣợc dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có
yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nhƣ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải
mà điều quan trọng là các ngành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện
một chiều.
- Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhƣợc điểm nhất
định của nó nhƣ so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và
bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nhƣng do
những ƣu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan
trọng nhất định trong sản suất.
- Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng
10.000 kW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V. Hƣớng phát triển
hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động
cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn
3.2. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
3.2.1. Phần tĩnh hay stato
Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
11

- Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trƣờng gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép

0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng
điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt
dây quấn vào.
+Trong những động cơ trung bình trở lên ngƣời ta còn dập những lỗ
thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo đƣợc những lỗ thông gió dọc
trục.
+Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thƣờng chia thành những
đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi
máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
+Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đƣợc ép trực tiếp
vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá
rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lƣợng rôto.
- Dây quấn phần ứng.
+ Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện
chạy qua. Dây quấn phần ứng thƣờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ có công suất dƣới vài kW thƣờng dùng dây có tiết diện
tròn. Trong máy điện vừa và lớn thƣờng dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây
quấn đƣợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
+ Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm
để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
- Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ
góp gồm nhiều phiến đồng có đƣợc mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày
13

từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai
hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng
mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây
quấn và các phiến góp đƣợc dễ dàng.
- Các bộ phận khác.
+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều

14

Hình 3.2. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ nối tiếp
3.3.1. Phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập
- Phƣơng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:
U
ƣ
= E
ƣ
+(R
ƣ
+R
f
)I
ƣ

U
ƣ
: Điện áp phần ứng
E
ƣ
: Suất điện động phần ứng
R
ƣ

ƣ
=
.
. . .
2.
PN
K
a
   

a
NP
K
2
.


: Tốc độ góc (Rad/s)
E
U
T
1
U
T

CKT
U
kt
E
I
R
f
U

I
kt
R
kt
U

CKT
U
kt
15

E
ƣ
= K
e
.
.n
2

RR
U
I
KK




(4.1)
- Biểu thức (4.1) là phƣơng trình đặc tính cơ điện của động cơ.
- Mặt khác mômen điện từ M
đt
=K.

.I
ƣ

Suy ra I
ƣ
=
.
dt
M
K


- Thay giá trị I
ƣ
vào biểu thức (1) đƣợc:


M
KK




(4.2)
- Biểu thức (4.2) là phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập
- Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng
Từ phƣơng trình (4.2) suy ra: để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng
phƣơng pháp thay đổi điện áp phần ứng U
ƣ
, từ thông

tức là thay đổi dòng
kích từ I
kt
và thay đổi điện trở phần ứng R
ƣ
,R
f

16

- M =K.

.I
ƣ
.do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen M

ƣ
= U
dm
= const và
dm
const

2
.
. ( . )
uf
u
RR
U
M
KK







0


dm

dm
uf
K
M
RR




   


- Khi R
f
càng lớn,

càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc, ứng với R
f

= 0 có đặc tính cơ tự nhiên
()
dm
tn
u
K
R





R
f3

M
Mc
0
R
n
<R
f1
<R
f2
<R
f3
18

3.3.2.2. Ảnh hƣởng của điên áp phần ứng.
- Giả thiết từ thông
dm
const


, điện trở phần ứng R
ƣ
= const. Khi
thay đổi điện áp theo hƣớng giảm so với U
dm
- Ta thấy rằng khi thay đổi điên áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch của động
cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó
phƣơng pháp này cũng đƣợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế
dòng điện khởi động.
3.3.2.3. Ảnh hƣởng của từ thông.
- Giả thiết điện áp phần ứng U
ƣ
= U
đm
= const. Điện trở phần ứng R
ƣ
=
const. Muốn thay đổi dòng điện kich từ Ikt động cơ. Trong trƣơng hợp này:
+ Tốc độ không tải:
2
var
()
dm
ox
x
U
K









19

+ Độ cứng đặc tính cơ:
2
()
var
x
u
K
R


  
Hình 3.6. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiềukích từ độc
lập khi giảm từ thông.
- Do câú tạo của động cơ điện, và thực tế thƣờng giảm tƣ thông. Nên khi
từ thông giảm thì
ox


thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.


02


01


0


2


1


,
dm
TN


M
nm2 M
nm1
M

ƣ
) và đảo chiều quay bằng đảo
chiều dòng phần ứng I
ƣ
.
3.3.4. Một số yêu cầu kĩ thuật khác
3.3.4.1. Độ trơn

i
i



1


- Trong đó:
+
1
,
ii

là tốc độ ổn định của động cơ đạt đƣợc ở cấp i, i+1
+

1
tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong toàn dải
điều chỉnh
3.3.4.2 .Dải điều chỉnh tốc độ
+ Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của

R
U
R
EU



+Do U không đổi và R
ƣ
rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên I
ƣ
rất
lớn làm cháy dây quấn và vành g
+ Cách khắc phục điều này là phải có bộ phận nhận biết đƣợc mất kích từ
(
0


và do đó I
ƣ
=0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức U
ƣ
= 0.
Khi đó I
ƣ
không lớn và tránh đƣợc sự cố trên.
3.4. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
3.4.1. Nguyên lí điều chỉnh điện áp phần ứng
- Để điều chỉnh điên áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị
nguồn điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lƣu điều khiển Các